haba sever

Author: djvladi

Post on 08-Aug-2018

237 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 8/21/2019 Haba Sever

    1/65

    Fabricaia digital a blocului motor monocilindric

    1

    Universitatea Transilvaniadin Braovcoala Doctoral Interdisciplinar

    Centrul de cercetare: Tehnologii i sisteme avansate de fabricaie

    Ing. Sever-Alexandru HABA

    TEZ DE DOCTORAT

    REZUMAT

    TITLU (romn): Fabricaia digital a blocului motor

    monocilindric

    TITLU (engleza): Digital Manufacturing of Single-Cylinder

    Engine Block

    Conductor tiinific

    Prof.dr.ing. Gheorghe OANCEA

    BRAOV

    2013

  • 8/21/2019 Haba Sever

    2/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    2

    COMPONENA

    Comisiei de doctorat

    Numit prin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din Braov

    Nr. 5752 din 13.03.2013

    PREEDINTE: Prof.dr.ing. Vladimir MRSCU-KLEIN

    Decanul Facultii de Inginerie Tehnologic i

    Management Industrial

    Universitatea Transilvaniadin Braov

    CONDUCTOR TIINIFIC: Prof.dr.ing. Gheorghe OANCEA

    Universitatea Transilvaniadin Braov

    REFERENI: Prof.dr.ing. Petru BERCE

    Universitatea Tehnic din Cluj Napoca

    Prof.dr.ing. Nicolae BLC

    Universitatea Tehnic din Cluj Napoca

    Prof.dr.ing. Constantin BUZATUUniversitatea Transilvaniadin Braov

    Data, ora i loculsusineriipublice a tezei de doctorat: 16.05.2013, ora 10 00 ,

    sala V III 6, str. Mihai Viteazul nr.5.

    Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii v rugm s le transmitei

    n timp util, pe adresa Universitii Transilvania din Braov sau la Departamentul Ingineria

    Fabricaiei, telefax 0268-421318, email: [email protected]

    Totodat v invitm s luai parte la sedina public de susinere a tezei de doctorat.

    V mulumim!

  • 8/21/2019 Haba Sever

    3/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    3

    CUPRINSUL REZUMATULUI

    pg. pg.rez. tez

    INTRODUCERE ................................................................................................................. 9 / 7PARTEA I ......................................................................................................................... 11 / 9STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR N DOMENIUL FABRICAIEI DIGITALE11 / 91. CONCEPTUL DE FABRICAIE DIGITAL.............................................................. 11 / 92. CERCETRI PRIVIND FABRICAIA DIGITAL A REPERELOR DIN INDUSTRIA

    DE AUTOVEHICULE ......................................................................................................11 / 112.1 Realizarea rapid a prototipurilor .............................................................................11 / 112.2 Fabricaia digital direct ........................................................................................11 / 142.3 Tehnologia de obinere a pieselor finite prin topire selectiv cu laserul....................12 / 162.4 Robotizarea proceselor de fabricaie cu aplicaii n industria auto .............................12 / 192.5 Sisteme i tehnologii de prelucrare neconvenionl CNC..........................................13 / 202.6 Prototipuri digitale ..................................................................................................13 / 242.7 Localizarea virtual ..................................................................................................14 / 282.8 Tehnica Reverse Engineering ...................................................................................14 / 302.10 Ciclul de via al produsului .................................................................................. 14 / 33

    2.11 Tehnologii i echipamente de prelucrare cu conducere numeric ............................15 / 362.12 Tehnologii de fabricaie digital utilizate la realizarea ansamblului motopropulsor al

    autovehiculeor ...............................................................................................................15 / 402.13 Concluzii privind stadiul actual al cercetrilor........................................................16 / 49

    3. OBIECTIVELE LUCRRII ..........................................................................................18 / 51PARTEA A II-A ..............................................................................................................19 / 52CONCEPIA I FABRICAIA DIGITAL A FAMILIEI DE PIESE DE TIPUL BLOCULUI

    MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU AER................................................................19 / 524. PROIECTAREA CONSTRUCTIV A BLOCULUI MOTOR MONOCILINDRIC RCIT

    CU AER ............................................................................................................................20 / 544.1 Sistemul software GENgine utilizat n proiectarea constructiv i tehnologic a blocului

    motor monocilindric rcit cu aer ....................................................................................20 / 544.2 Prezentarea general a sistemului software GENgine ...............................................21 / 554.3 Modulul de generare a modelului blocului motor monocilindric rcit cu aer............22 / 594.4 Modulul de generare a modelului cmii de cilindru ...............................................24 / 724.5 Testarea modulului de generare a modelelor 3D .......................................................25 / 77

  • 8/21/2019 Haba Sever

    4/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    4

    5. VALIDAREA SOLUIEI DE ASAMBLARE UTILIZND TEHNOLOGIA

    PROTOTIPURILOR DIGITALE ......................................................................................26 / 805.1 Conceptul de prototip digital ....................................................................................26 / 805.2 Prototipul digital al blocului motor monocilindric rcit cu aer .................................26 / 81

    6. SIMULAREA CINEMATIC A ANSAMBLULUI BLOC MOTOR MONOCILINDRICRCIT CU AER UTILIZND MEDII DIGITALE ...........................................................28 / 857. FABRICAIA DIGITAL DIRECT A PROTOTIPULUI BLOCULUI MOTOR

    MONOCILINDRIC RCIT CU AER ...............................................................................29 / 877.1Fabricaia digital direct a blocului motor monocilindric rcit cu aer din material

    metalic. ..........................................................................................................................29 / 887.1.1 Fabricarea pieselor utiliznd tehnologia SLS .......... ........... ........... ............ ........29 / 887.1.2 Fabricarea pieselor utiliznd tehnologia SLM ........... .............. ........ ............ ......30 / 897.1.3 Fabricarea blocului motor monocilindric rcit cu aer utiliznd tehnologia SLM.30 / 95

    7.2 Fabricarea reperelor de tipul cma de cilindru i bloc motor monocilindric rcit

    cu aer utiliznd tehnologii de Rapid Prototyping .......................................................... 31 / 1058. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE FABRICAIE A BLOCULUI MOTOR

    MONOCILINDRIC RCIT CU AER............................................................................. 31 / 1098.1 Rolul funcional i metoda de asamblare a blocului motor monocilindric rcit cu aer

    cu cmaa de cilindru ................................................................................................... 31 / 1098.2 Proiectarea tehnologiei de fabricaie a reperului cmaa de cilindru...................... 34 / 112

    8.2.1 Obinerea semifabricatului pentru reperul cmaa de cilindru .......................... 34 / 1128.2.2 Proprieti fizico-chimice ale aliajului utilizat ................................................ 36 / 1158.2.4 Tehnologia de prelucrare a reperului cmaa de cilindru................................. 36 / 119

    8.3 Proiectarea tehnologiei de fabricaie a reperului bloc motor monocilindric rcit cu

    aer ............................................................................................................................. ..39 /1238.3.1 Obinere a semifabricatului pentru reperul bloc motor monocilindric rcit cu

    aer............................................................................................................................ 39 / 1238.3.2 Materialul utilizat pentru blocul motor monocilindric rcit cu aer................... 39 / 1268.3.4 Tehnologia de prelucrare a reperului bloc motor monocilindric rcit cu aer.... 40 / 128

    8.4 Tehnologia de asamblare i finisare a ansamblului bloc motor/cma de cilindru. 42 / 1338.4.1 Asamblarea blocului motor cu camaa de cilindru .......................................... 42 / 133

    9. GENERAREA FIIERELOR DE CONDUCERE NUMERIC I A DOCUMENTAIEI

    TEHNOLOGICE PENTRU FAMILIA DE PIESE DE TIP BLOC MOTOR

    MONOCILINDRIC RCIT CU AER............................................................................. 47 / 146

  • 8/21/2019 Haba Sever

    5/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    5

    9.1 Modulul software de generare automat a programului de conducere numeric pentru

    prelucrarea reperului de tip cma de cilindru ............................................................ 47 / 1469.2 Modul software de generare automat a programului de conducere numeric pentru

    prelucrarea reperului de tip bloc motor monocilindric rcit cu aer................................ 48 / 1519.3 Simularea programelor de conducere numeric n mediul CATIA V5..................49 / 153

    PARTEA A III A .......................................................................................................... 50 / 15610. VALIDAREA PRACTIC A REZULTATELOR OBINUTE N URMA UTILIZRII

    SISTEMULUI SOFTWARE GENgine ............................................................................ 50 / 15610.1 Fabricaia modelului semifabricatului blocului motor monocilindric rcit cu aer

    utiliznd materiale uor fuzibile .................................................................................. 50 / 15610.2 Fabricarea blocului motor monocilindric rcit cu aer din aliaje uoare.................. 51 / 159

    10.2.1 Obinerea semifabricatului din aliaje uoare ................................................. 52 / 16010.2.2 Fabricarea blocului motor monocilindric rcit cu aer.................................... 52 / 163

    PARTEA A IV A......................................................................................................... 54 / 168CONCLUZII FINALE. CONTRIBUII ORIGINALE I DEZVOLTRI VIITOARE... 54 / 16811. CONCLUZII GENERALE ........................................................................................ 54 / 16812. CONTRIBUII PERSONALE I DEZVOLTRI VIITOARE ................................. 55 / 170

    12.1 Contribuii personale ............................................................................................ 55 / 17012.2 Direcii viitoare de cercetare ................................................................................ 57 / 171

    BIBLIOGRAFIE SELECTIV ............................................................................................... 58

    Rezumat scurt ................................................................................................................................62CV (RO) ................................................................................................................................... 64

    CV (EN) ................................................................................................................................... 65

  • 8/21/2019 Haba Sever

    6/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    6

    CONTENTS

    pg. pg.rez. tez

    INTRODUCTION ............................................................................................................... 9 / 7PART I .............................................................................................................................. 11 / 9STATE OF ART REGARDING IN DIGITAL MANUFACTURING ............................... 11 / 91. DIGITAL MANUFACTURING CONCEPT ................................................................. 11 / 92. STATE OF ART REGARDING DIGITAL MANUFACTURING OF AUTOMOTIVE

    PARTS ..............................................................................................................................11 / 112.1 Rapid Prototyping . ...................................................................................................11 / 112.2 Direct Digital Manufacturing .......... ........... ........... .......... ............. .......... .......... .......11 / 142.3 Technology for Obtaining Final Parts Using Selective Laser Melting .......... ......... ....12 / 162.4 Robotics Manufacturing Processes with Applications in Automotive Industry .........12 / 192.5 Unconventional CNC Systems and Manufacturing Technologies .............................13 / 202.6 Digital Prototyping .................................................................................................13 / 242.7 Virtual Location .......................................................................................................14 / 282.8 Reverse Engineering ................................................................................................14 / 302.10 Product Lifecycle Management ............................................................................. 14 / 33

    2.11 Technologies and Equipments for Numerical Control ............................................15 / 362.12 Digital Manufacturing Technologies Used for Obtaining Automotive Powertrain

    Assembly ... ...................................................................................................................15 / 402.13 Conclusions Regarding State of Art .......................................................................16 / 49

    3. THESIS OBJECTIVES .................................................................................................18 / 51PART II ..........................................................................................................................19 / 52DIGITAL DESIGN AND MANUFACTURING OF PARTS FAMILY TYPE SINGLE

    CYLINDER AIR COOLED ENGINE BLOCK .................................................................19 / 524. DESIGN OF AIR-COOLED SINGLE CYLINDER ENGINE BLOCK ...................20 / 54

    4.1 GENgine Software System Used for Constructive and Technological Design of

    Air-cooled Single Cylinder Engine Block ......................................................................20 / 544.2 GENgine Software System Presentation ...................................................................21 / 554.3 Module for Generating of Air-cooled Single Cylinder Engine Block Model .............22 / 594.4 Module for Generating of Cylinder Casing Model....................................................24 / 724.5 Testing the Generatng Module of 3D Models ...........................................................25 / 77

  • 8/21/2019 Haba Sever

    7/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    7

    5. VALIDATION OF ASSEMBLY SOLUTIONS USING DIGITAL PROTOTYPES

    TECHNOLOGIES.............................................................................................................26 / 805.1 Digital Prototype Concept ........................................................................................26 / 805.2 Digital Prototype of Air-cooled Single Cylinder Engine Block .......... ............. .........26 / 81

    6. KINEMATIC SIMULATION OF AIR COOLED SINGLE CYLINDER BLOCKENGINE ASSEMBLY USING DIGITAL ENVIRONMENTS......... .......... ............. ........28 / 857. DIRECT DIGITAL MANUFACTURING OF AIR-COOLED SINGLE CYLINDER

    ENGINE BLOCK PROTOTYPE ......................................................................................29 / 877.1 Direct Digital Manufacturing of Air-cooled Single Cylinder Engine Block of

    Metals............................................................................................................................29 / 887.1.1 Parts Manufacturing Using SLS Technology ........... .............. ........ ............ ......29 / 887.1.2 Parts Manufacturing Using SLM Technology .......... ............. .......... .......... .......30 / 897.1.3 Air-cooled Single Cylinder Engine Block Manufacturing Using SLMTechnology......... .......................................................................................................30 / 95

    7.2 Manufacturing Parts of Cylinder Casing Type and Air-cooled Single Cylinder Engine

    Block Using Rapid Prototyping Technologies .............................................................. 31 / 1058. DESIGNING TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING OF AIR-COOLED SINGLE

    CYLINDER ENGINE BLOCK ....................................................................................... 31 / 1098.1 Functional Role and Assembly Method of Air-cooled Single Cylinder Engine

    Block with Cylinder Casing ......................................................................................... 31 / 1098.2 Technology Designing for Manufacturing the Cylinder Casing Part ........... .......... . 34 / 112

    8.2.1 Obtaining of Cylinder Casing Semi-finished ................................................... 34 / 1128.2.2 Physico-chemical Properties of the Used Alloy ............ .......... .......... ............ .. 36 / 1158.2.4 Processing Technology of the Cylinder Casing Part.................... .......... ........ .. 36 / 119

    8.3 Designing of manufacturing Technology for Air-cooled Single Cylinder Engine

    Block....39 /1238.3.1 Obtaining of Engine Block Semi-finished.. .......... ............. ......... .......... ......... .. 39 / 1238.3.2 Material Used for Air-Cooled Single Cylinder Engine Block............... ........... 39 / 1268.3.4 Manufacturng Technology Used for Air-Cooled Single Cylinder Engine

    Block ....................................................................................................................... 40 / 1288.4 Technology of Assembling and Finishing of Whole Engine Block / Cylinder

    Casing .. ...................................................................................................................... 42 / 1338.4.1 Assembling of Engine Block with Cylinder Casing ........... .......... ........... ........ 42 / 133

  • 8/21/2019 Haba Sever

    8/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    8

    9. GENERATION OF NUMERICAL CONTROL FILES AND DOCUMENTATION

    TECHNOLOGY FOR PARTS FAMILY TYPE SINGLE CYLINDER AIR COOLED

    ENGINE BLOCK............................................................................................................ 47 / 1469.1 Software Module for Automatic Generating of Numerical Control File for Cylinder

    Casing Manufacturing.................................................................................................. 47 / 146

    9.2 Software Module for Automatic Generating of Numerical Control File for Air-Cooled

    Single Cylinder Engine Block Manufacturing .............................................................. 48 / 1519.3 Simulation of Numerical Control Files Using CATIA V5 ............. ............ ....... .....49 / 153

    PART III ....................................................................................................................... 50 / 15610. PRACTICAL VALIDATION OF THE RESULTS OBTAINED FROM GENgine

    SOFTWARE SYSTEM USING............ ........................................................................... 50 / 15610.1 Obtaining of Air-Cooled Single Cylinder Engine Block Semi-finished Using Easy

    Fusible Material ........................................................................................................... 50 / 15610.2 Manufacturing of Air-Cooled Single Cylinder Engine Block from Light Alloys ... 51 / 159

    10.2.1 Obtaining of Semi-finished of Engine Block from Light Alloy .......... ......... .. 52 / 16010.2.2 Manufacturing of Air-Cooled Single Cylinder Engine Block ............. ........... 52 / 163

    PART IV ....................................................................................................................... 54 / 168GENERAL CONCLUSIONS, PERSONAL CONTRIBUTIONS AND FUTURE

    RESEARCH.. .................................................................................................................. 54 / 16811. GENERAL CONCLUSIONS .................................................................................... 54 / 16812. PERSONAL CONTRIBUTIONS AND FUTURE RESEARCH DIRECTIONS ........ 55 / 170

    12.1 Personal Contributions ......................................................................................... 55 / 17012.2 Future Research Directions.......................................................................................57 / 171

    Selected References .................................................................................................................. 58

    Brief Summary ...............................................................................................................................62

    CV (RO) ................................................................................................................................... 64

    CV (EN) ................................................................................................................................... 65

  • 8/21/2019 Haba Sever

    9/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    9

    INTRODUCERE

    Datorit concurenei n plin ascensiune n care sunt angrenai marii productori de

    autovehicule rutiere i cu destinaii speciale, unul dintre elementele hotrtoare ale succesului de

    lansare pe pia a noilor modele este timpul consumat de activitile de proiectare, realizarea

    prototipurilor, testare i introducere n fabricaie.

    Tendinele ultimilor ani arat c primii productori care lanseaz un produs nou ctig

    aproximativ 80% din piaa de desfacere [MAR07]. Aceast constatare explic preocuparea

    companiilor de a scurta ciclul de fabricaie, reducerea costurilor concomitent cu creterea calitii

    produselor prin optimizarea proceselor n diverse stadii deproiectare, fabricaie i distribuie.

    Principalul factor de scurtare a timpului consumat, i de asemenea hotrtor n realizarea

    nivelului de performan ct mai ridicat, este sistemul informatic, acesta regsindu-se n toate

    etapele de realizare a unui produs industrial.Fabricaia grupului motopropulsor, inclusiv al blocului motor, este optimizat prin

    utilizarea pe scar larg a tehnologiilor digitale de fabricaie, acestea asigurnd funcii vitale, cum

    ar fi: gestionarea judicioas a resurselor de timp i de materii prime, reducerea consumului de

    resurse energetice, creterea performanelor produsului finit, reducerea costurilor totale de

    fabricaie, etc.

    n prima parte a lucrrii, intitulat STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR N

    DOMENIUL FABRICAIEI DIGITALE, cuprinznd capitolele 1 i 2,este realizat o prezentare

    a rezultatelor cercetriloractuale privind tehnologiile guvernate de sistemele informatice, utilizaten domeniul fabricaiei autovehiculelor. Este efectuat o trecere n revist a caracteristicilor

    diverselor tehnologii de fabricaie, dintre care enumerm: realizarea rapid a prototipurilor,

    robotizarea proceselor de fabricaie, prelucrri prin tehnologii neconvenionale, prototipurile

    digitale, tehnica ingineriei n revers, ciclul de via al produsului, conducere numeric a proceselor

    de fabricaie, etc.

    Capitolul 3, intitulat OBIECTIVELE LUCRRII, descrie obiectivul principal al tezei,

    respectiv elaborarea unui sistem software complex care s asigure att proiectarea constructiv

    i tehnologic, ct i fabricaia reperelor de tipul blocu motor monocilindric rcit cu aer. Tot nacest capitol sunt prezentate i obiectivele derivate care au constituit preocuprile autorului n

    vederea realizriiobiectivului principal.

    Partea a doua a lucrrii, intitulat CONCEPIA I FABRICAIA DIGITAL A

    FAMILIEI DE PIESE DE TIPUL BLOCULUI MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU AER,

    mprit n 6 capitole, este dedicat proiectrii tehnolgiei de fabricaie pentru un bloc motor

  • 8/21/2019 Haba Sever

    10/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    10

    monocilindric destinat motoarelor cu ardere intern cu ciclul de funcionare n patru timpi, rcite

    cu aer, motoare cu o construcie compact, avnd o larg utilizare la autovehiculele destinate

    rulrii n condiii extreme (cum sunt: ATV-urile, QUAD-urile, motociletele enduro, etc.).

    n capitolul patru, intitulat PROIECTAREA CONSTRUCTIV A BLOCULUI MOTOR

    MONOCILINDRIC RCIT CU AER, este prezentat algoritmul de realizare a sistemului softwaredenumit de autor GENgine, seciunile dedicate modelrii 3D a familiilor de repere precum i a

    semifabricatelor.

    n capitolul cinci, intitulat VALIDAREA SOLUIEI DE ASAMBLARE UTILIZND

    TEHNOLOGIA PROTOTIPURILOR DIGITALE, este realizat prototipul digital al familiei de

    repere din componena blocului motor monocilindric.

    Capitolul ase, denumit SIMULAREA CINEMATIC A ANSAMBLULUI BLOC

    MOTOR UTILIZND MEDII DIGITALE, prezint etapa de validare din punct de vedere al

    cerinelor de asamblare i de verificare virtual a posibilelor defeciuni datorate coliziuniloraprute n mecanismul motorului cu ardere internpe care v-a fi instalat blocul motor asamblat cu

    cmaa de cilindru corespunztoare.

    Partea a treia a lucrrii, intitulat VALIDAREA PRACTIC A REZULTATELOR

    OBINUTE N URMA UTILIZRII SISTEMULUI SOFTWARE, este dedicat realizrii

    practice pentru experimentare a ansamblului blocului motor monocilindric. n aceast parte a

    lucrrii este descris toat activitatea de realizare fizic a reperelor, de la semifabricatul

    monoblocului, pn la prelucrrile finale pe un echipament cu conducere numeric de nalt

    performan, aflat n dotarea Departamentului de Ingineria Fabricaiei n care a fost elaboratprezenta lucrare.

    Capitolul apte, intitulat FABRICAIA DIGITAL DIRECT A PROTOTIPULUI

    BLOCULUI MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU AER, este dedicat realizrii fizice a

    prototipului prin tehnologia de topire selectiv cu laserul (SLM).

    Capitolele opt i nou prezint modul n care sistemul software GENgine este utilizat

    pentru proiectarea tehnologic n vederea generrii automate informaiilor geometrice i

    tehnologice, precum i a fiierelor de conducere numeric a proceselor de fabricaie.

    Ultima parte a lucrrii, intitulat CONCLUZII FINALE,CONTRIBUII ORIGINALE I

    DEZVOLTRI VIITOARE, este destinat prezentrii contribuiilor aduse de autor. De asemenea

    n aceast ultim parte sunt prezentate concluziile generale ale tezei de doctorat precum i

    direciile viitoare de dezvoltare ale cercetrilorefectuate n domeniul fabricaiei familieide repere

    de tipul bloc motor monocilindric.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    11/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    11

    PARTEA I

    STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR N DOMENIULFABRICAIEI DIGITALE

    1. CONCEPTUL DE FABRICAIEDIGITAL

    Fabricaia digitalasigur informatizarea multiplelor activiti cum ar fi: managementul

    fluxurilor de date, planificarea proceselor de fabricaie, realizarea documentaiilor cu privire la

    procesele de fabricaie, managementul resurselor, integrarea fazelor tehnologice, vizualizarea

    caractereristicilor produselor i modificarea n timp real a parametrilor de proiectare, determinarea

    efectiv a necesarului de utilaje i calculele de fezabilitate, managementul fabricaiei

    componentelor i a ansamblurilor orict de complexe, studiul ergonomiei produselor, asigurarea

    standardelor de calitate al produselor i al proceselor tehnologice, gestionarea bazelor de date

    comune care s permit integrarea activitilor de concepie i de fabricaie ale bunurilor

    industriale [GEO10].

    2. CERCETRI PRIVIND FABRICAIA DIGITAL AREPERELOR DIN INDUSTRIA DE AUTOVEHICULE

    2.1 Realizarea rapida prototipurilor

    Realizarea rapid a prototipurilor este tehnologia utilizat n obinerea prototipurilor, pe

    baza unui model 3D CAD, care este prelucrat digital n vederea recunoaterii formatului de date

    de ctre mainile specializate, prin urmatoarele procedee [CHE09]:

    SLA stereolitografie (solidificarea polimerilor la impactul cu o razde lumin);

    LOM obinerea piesei prin stratificare;

    FDM procedeu de obinere prin depunere de material;

    SLS/SLM sinterizarea/topirea selectiv cu LASER a unei pulberi metalice;

    DMLS direct metal LASER sintering (se pot obine scule de serie mic, unicate);

    tiprire tridimensional(3D Printing).

    2.2 Fabricia digital direct

    Fabricaia digital direct (Direct Digital Manufacturing) este procesul de obinere a

    obiectelor fizice direct dintr-un fiier 3D CAD sau din un fiier de date, utiliznd tehnologii de

    fabricaie rapid, care mai sunt cunoscute sub denumirea 3D Printing. Se urmrete ca etapa de

    post-procesare s fie minim. Aceste tehnologii se mai regsesc sub denumirea de Rapid

  • 8/21/2019 Haba Sever

    12/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    12

    Prototyping, deoarece se folosesc la realizarea n timp ct mai scurt a prototipurilor. Principalele

    avantaje ale acestor procedee sunt urmtoarele:

    consum mic de energie;

    pierderi mici de material;

    vitezmare de fabricaie; se pot realiza piese sau produse geometrii complexe.

    Materialele utilizate sunt din cele mai variate: pulberi metalice n amestec cu aditivi,

    nisipuri de formare n amestec cu aditivi, fire din plastic, pulberi de sinterizare, polimeri lichizi

    pentru sinterizare, materiale sub formde folii.

    Tehnologiile pot fi utilizate pentru realizarea de repere utilizate n tehnologii aerosp aiale,

    industria de automobile, proteze medicale, forme de turnare a metalelor, proteze dentare, matrie

    pentru turnarea maselor plastice, producia de scule (Rapid Tooling), etc.

    2.3 Tehnologia de obinere a pieselor finite prin topire selectiv cu laserul

    Din punct de vedere al obinerii reperelor finite din materiale metalice pe baza modelelor

    3D generate n diferite medii de proiectare CAD/CAM, sunt utilizate doucategorii de tehnologii

    bazate pe energia termic generat de o raz laser focalizat pe suprafaa plan a stratului de

    pulbere metalic:

    1. tehnologia SLS (Selective Laser Sintering) / DMLS (Direct Metal Selective Laser

    Sintering);

    2. tehnologia SLM (Selective Laser Melting).

    Selective Laser Melting este o tehnologie bazatpe topirea pulberilor metalice cu ajutorul

    unei raze laser focalizat i directionat printr-un sistem de oglinzi, piesa finit nu necesit

    operaii de infiltrare sau recoaceri, compoziia piesei fiind astfel strict controlat. De asemenea,

    pulberile utilizate sunt compuse doar din aliajul metalic de baz, nu necesit i un material cu rol

    de liant.

    2.4 Robotizarea proceselor de fabricaie cu aplicaii n industria auto

    Robotizarea vizeaz nlocuirea factorului uman n procesul de fabricaie a bunurilor

    industriale n vederea creterii productivitii muncii, reducerea la minim a timpilor de ntrerupere

    a deservirii mainilor, reducerea cheltuielilor cu infrastructura i direcionarea forei de munc

    ctre alte sectoare de activitate.

    O dezvoltare deosebit de spectaculoas o are sectorul roboilor industriali. Acetia au o

    istorie relativ recent[PAU07]:

  • 8/21/2019 Haba Sever

    13/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    13

    - 1947 telemanipulatoarelepentru materiale radioactive (comanadai direct de operatorul

    uman prin intermediul unor electromotoare);

    - 1951 M.I.T. introduce Comanda Numerica diverselor sisteme tehnologice;

    - apare utilizarea microelectronicii la blocurile de comand;

    - n ultima perioadde timp se introduce utilizarea Inteligenei Artificiale.

    2.5Sisteme i tehnologii de prelucrare neconvenionlCNC

    Sisteme de prelucare din aceast categorie sunt utilizate la fabricarea diferitelor produse,

    semifabricate, avnd la baz cele dou componenete ntlnite la MUCN: maina propriu-zis i

    echipamentul de CNC. Comanda deplasrilor sculelor se realizez tot n coordonate memorate

    digital pe un suport de date.

    Exemple de astfel de tehnologii: de tiere cu jet de ap, debitare cu raz laser, tiere cu jet

    de plasm, tehnologiilor prin electroeroziune cu fir EDM, metode deasamblare prin lipire.

    2.6 Prototipuri digitale

    Prototipurile digitale (Digital Mock-Up) au aprut la jumtatea anilor '80, cnd

    modelarea cu solide a devenit suficient de performant i rapid. Ca urmare un numar din ce n ce

    mai mare de companii aleg trecerea de la modul tradiional de proiectare n 2D la proiectare

    integral sau preponderent n 3D. Boeing a anunat caeronava model 777, este integral proiectat

    n tehnica de modelare cu solide i c ntreg produsul este simulat n asamblare n mediu digital

    [MAR07].

    Avantajele acestei noi tehnologii digitale de fabricaie sunt:

    nlturarea necesitii prototipului fizic;

    reducerea costurilor de execuie;

    creterea calitii produsului;

    reducereaperioadei de timp necesare lansrii produsului pe pia;

    accesarea imformaiilor de ctre echipele de proiectani are loc mult mai rapid.

    Acest tehnologie este utilizata de marii producatori de automobile, rezultnd reducerea

    timpilor de proiectare i creterea performanelor produselor realizate. Firmele IBM i Dassault

    Systemes au implementat aceste noi tehnologii n produsul lor, CATIA.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    14/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    14

    2.7 Localizarea virtual

    Localizarea virtualpermite echipelor interdisciplinare de proiectani sse afle n diferite

    locaii fizice, ei aparinnd firmelor implicate n proiect, i prin intermediul sistemelor de

    comunicaii Internet s poat accesa bazele de date comune ataate proiectului (Product Data

    Management), s poata iniia tele-conferine, i astfel timpul necesar elaborrii proiectului sereduce considerabil [MAR07].

    Fabricatia virtualaare rolul de a simula fabricaia produsului ca un proces, care poate fi

    simulat i optimizat n medii digitale; de asemenea se simuleaz gradul de ncrcare al

    echipamentelor de prelucrare, se pot detecta erorile ce pot aprea n fazele de asamblare, se pot

    utiliza cataloage de operaii (frezare, gurire, rectificare, etc.) [MAR07].

    Pachetul software ENOVIA este dezvoltat n scopul realizrii schimbului de date prin

    tehnologiile Internet ntre echipele de proiectani dispersate geografic, care conlucreaz la

    realizarea proiectelor comune, iar compatibilitatea total cu produsul de proiectare CATIA este

    asigurat

    2.8 Tehnica Reverse Engineering

    Tehnica Reverse Engineering este caracterzat prin procesarea digital a dimensiunilor

    fizice ale unui produs existent, adic este tehnologia de digitizare 3D a unui obiect fizic prin

    scanarea cu laser a dimensiunilor sau prin ghidarea, de ctre un operator uman, a unui sistem

    articulat dotat cu un palpator i un sistem traductor de poziie spaial. Datele astfel obinute pot fi

    manipulate cu un software de simulare virtual 3D, n urma post-procesrii, imformaiile se potsalva n fiiere de diferite formate.

    Sistemele actuale de scanare permit, de asemenea conversia digitala culorilor, texturilor,

    a rugozitii suprafeelor scanate. Scanerele 3D sunt de tipul non-contact, permind digitizarea

    suprafeelor care nu permit atingerea, eroarea medie este de 0.05mm, sistemele de digitizare a

    caracteristicilor geometrice sunt des utilizate n tehnologiile de inginerie reversiv (reverse

    engineering).

    2.10 Ciclul de viaal produsului

    Conceptul PLM (Product lifecycle Management) a fost introdus n anul 1999 de catre

    firma IBM [IBM12]. Acesta presupune utilizarea unor soluiisoftware specializate de tipul CAD,

    CAM, CAE, PDM, etc.. Aceste soluii au n centru produsul de tip PDM (Product Data

    Management). Cu ajutorul conceptului de PLM (CAD, CAM, CAE, Programarea roboilor,

    Programarea liniilor automate, PDM etc.) se gestioneaz i se planific aproximativ 85% din

    costurile de realizare ale produsului [OPR09].

  • 8/21/2019 Haba Sever

    15/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    15

    2.11 Tehnologii i echipamente de prelucrare cu conducere numeric

    Conceptul cu privire la comanda numeric a fost introdus de Institutul de Tehnologie din

    Massachusetts (MIT) n anul 1951 [GHI09]. Prelucrarea pieselor se execut pe baza programelor

    de conducere numeric, care pot fi generate direct pe maina sau cu ajutorul unui sistemCAD/CAM, pe baza modelului 3D al piesei de prelucrat.

    Echipamentele de conducere numeric sunt specializate pe tipuri de maini-unelte: pentru

    strunguri, maini de gurit, de frezat. Tot pe sistemele de conducere numeric se bazeaz i

    echipamentele de prelucrri neconvenionale: sisteme de prelucrat cu LASER, de tiat cu jet de

    plasm sau cu jet de ap, etc. Echipamentele actuale pot procesa, n plus fa de coordonate i

    deplasari ale elementelor active, i informaii cu privire la dimensiunile sculelor, astfel se

    efectueaz automat calculele de compensare a geometriei sculelor[DR06].

    2.12 Tehnologii de fabricaie digital utilizate larealizarea ansamblului motopropulsor al autovehiculeor

    Datorit cerinelor din partea proiectanilor referitor la reducerea greutii ansamblului

    motorului cu ardere intern, s-au dezvoltat tehnologii de obinere a blocului motor din aliaje cu

    greuti specifice reduse, combinate cu tehnologii de prelucrare cu conducere numeric i de

    turnare n forme obinute prin tehnologii de sinterizare cu LASER a amestecurilor de formare pe

    baz de nisipuri de turnare i lianin literatura de specialitate este prezent o soluie de optimizare a blocului motor pentru

    autovehicule prin aplicarea tehnologiei elementelor finite n simularea distribuiei solicitrilor

    mecanice, astfel s-a realizat reducerea eforturilor care solicit zonele locaelor de montaj de form

    cilindric, iar n acest mod se reduce greutatea motorului, cantitatea de material utilizat i implicit

    costul total de fabricaie al blocului motor [FRA12].

  • 8/21/2019 Haba Sever

    16/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    16

    2.13 Concluzii privind stadiul actual al cercetrilor

    n prezent, pentru companiile care activeaz n domeniul auto, necesitatea realizrii n

    timpul cel mai scurt al noilor modele de autovehicule care s ndeplineasc cerinele

    consumatorilor, cum ar fi:

    - pre de fabricaie redus;- fiabilitate ridicat;

    - costuri reduse de exploatare;

    - ergonomia habitaclului pasagerilor;

    - raport CP/cm3 ridicat;

    - ncadrarea grupului motoprolpulsor n normele de poluare;

    - reducerea masei totale a autovehiculului;

    - reducerea la minimum a consumului de carburant;

    - trecerea rapid de la un model aflatn exploatare la unul complet mbuntit;

    a avut ca efect introducerea pe scar larga tehnologiilor de proiectare i fabricaie asistate de

    sisteme avansate de calcul i control al proceselor.

    Cumulul tuturor facilitilor de proiectare i fabricaie asistate de calculator sunt celmai

    bine definite de sintagmafabricaie digital, tehnica actual fiind preponderent structurat n jurul

    metodelor de gestionare a informaiei. In industrie, informaia poate lua cele mai diferite forme de

    materializare: modele 3D ale protoripurilor digitale, pachetele de cunotiine ataate reperelor

    fizice, programele de tipul NC care gestioneaz traiectoriile sculelor achietoare, etc.

    n subcapitolul dedicat metodelor de realizare rapid a prototipurilor au fost prezentate

    diferite metode i stadii de implementare a realizrilor n domeniul echipamentelor de realizare

    fizic a repereloraflate n stadiul de prototip, din diverse materiale metalice sau nemetalice, avnd

    ca punct de pornire fiierele de date n diverse formate specifice, generate prin procesarea

    modelelor 3D realizate n mediile CAD.

    Tehnologiile de realizare direct pe baza fisierelor de date geometrice a pieselor unicat, a

    matrielor de serie mic, a sculelor speciale, a reperelor cu geometrii deosebit de complexe, sunt

    cunoscute sub denumirea de fabricaie digital direct (Direct Digital Manufacturing) abreviat

    D.D.M.

    Unul dintre cele mai actuale procedee de tipul D.D.M. pentru realizarea reperelor pe baza

    fisierelor n format digital, din aliaje metalice, este acela bazat pe sinterizarea selectiv cu

    LASER-ul a pulberilor, denumirea comercial a tehnologiei fiind acea de Selective Laser Melting

    (S.L.M.). n industria autovehiculelor sunt implementate pe scar larg tehnologiile bazate pe

  • 8/21/2019 Haba Sever

    17/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    17

    roboii industriali, acetia asigurnd activiti foarte diverse cum ar fi: sudura caroseriilor,

    vopsirea, asamblarea autovehiculelor, controlul dimensional, etc.

    Prelucrrile utiliznd tehnologii neconvenionale de tipul tierilor cu jet de ap,prelucrri

    prin procedee de electroeroziune cu fir, tierea i prelucrarea cu jet de plasm, etc. Sunt de

    asemenea utilizate n fabricaia reperelor pentru autovehiculele moderne.Prototipurile digitale complexe sunt utilizate la dezvoltarea simulrilor cinematice i de

    uzinare ale reperelor, au un rol deosebit de important n reducerea la minimum a erorilor de

    proiectare i prelucrare;de asemenea sunt deosebit de utile n calcularea costurilor de fabricaie i

    al necesarului de material.

    Marii fabricani din industria constructoare de autovehicule au declinat sarcinile de

    proiectare a pieselor i ansamblurilor ctre firme subcontractante. Astfel scade numrul angajailor

    cu nalt calificare, iar n acest scop este utilizat localizarea virtual a echipelor de proiectani,

    acetia avnd diverse locaii fizice dispersate din punct de vedere geografic.Tehnologiile de procesare digital a dimensiunilor sunt utilizate la controlul nedistructiv al

    geometriilor reperelor, la digitizarea caracteristicilor geometrice ale reperelor fizice n vederea

    procesrii lor pe sisteme de calcul.

    Ingineria n revers (Reverse Engineering) este utilizat n procedee de reconstrucie al

    unor repere unicat, dezvoltarea unor tehnologii de reparaie, realizarea unor repere cu caracteristici

    tehnice superioare celor existente. Aceste tehnologii trebuie utilizate n concordan cu drepturile

    de autor i de proprietate intelectual n vigoare.

    Aplicaiile destinate studiului ciclul de via al produsului (P.L.M.) asigur gestionareatuturor activitilor ncepnd de la etapa de proiectare a produsului i de calcul al necesarului de

    materiale si utilaje, terminnd cu determinarea costurilor implicate de neutralizarea produsului (n

    concordan cu prevederile pe linie de protecie a mediului ambiant) i de nlocuire al acestuia cu

    unul nou care are caracteristici superioare.

    n vederea asigurrii flexibilitii liniilor de fabricaie, respectiv timpii extrem de redui de

    trecere de la prelucrarea unui repere la altul, cretere a preciziei de prelucrare, reducerea timpului

    de fabricaie / reper, reducerea cantitii de rebuturi tehnologice, etc. impune utilizarea

    preponderent a centrelor de prelucrare i al mainilor-unelte conduse numeric, aceste

    echipamente fiind comandate individual sau interconectate n sistemul de manegement al

    fabricilor inteligente. Realizarea grupului motopropulsor pentru autovehiculele moderne este

    guvernat de tehnologiile digitale de proiectare i fabricaie, numai n acest mod se asigur

    ndeplinirea parametrilor deosebit de strici impui de pieele de desfacere.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    18/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    18

    3. OBIECTIVELE LUCRRII

    n urma concluziilor cu privire la stadiului actual al tehnologiilor de fabricaie digital a

    reperelor din industria de autovehicule, n domeniul proiectrii i construciei motoarelor cu

    ardere intern care echipeaz autovehiculele, principalele direcii de cercetare pot fi sintetizate

    astfel:

    automatizarea proceselor de proiectare;

    utilizarea tehnologiilor de realizare a prototipurilor digitale;

    gestionarea bazelor de cunotiine aferente familiilor de piese;

    proiectarea tehnologiilor de fabricaie pe baza prototipurilor digitale;

    generarea automat a documentaiilor tehnice;

    generarea automat a programelor de conducere numeric pentru MUCN;

    fabricaia rapid aprototipurilor;

    fabricaia rapid a reperelordestinate testelor funcionale.

    Urmare a analizei cu privire la stadiul actual al cercetrilor privind fabricaia digital a

    produselor din industria de autovehicule i implicaiile asupra fabricaiei grupului motopropulsor,

    prezenta lucrare i propune urmtorul OBIECTIV PRINCIPAL:

    Elaborarea unui sistem software complex care s asigure att proiectarea

    constructiv i tehnologic, ct i fabricaia reperelor de tipul blocului motor monocilindric

    rcit cu aer.

    Pentru ndeplinirea obiectivului principal, n cadrul activitilor de cercetare trebuiesc

    rezolvate urmtoareleobiective derivate:

    1. Realizarea pachetului software dedicat obinerii modelelor 3D asociate semifabricatelor

    precum i generrii automate a tehnologiei de fabricaie a familiei de piese de tipul bloc

    motor monocilindric n patru timpi rcit cu aer;

    2. Simularea asamblrii reperelor specifice blocului motor utiliznd prototipuri digitale;

    3. Fabricarea digital direct a prototipului prin tehnologiile de Rapid Prototyping i topire

    selectiv cu laserul-SLM;

    4.

    Simularea n mediul virtual a fabricaiei prototipului prin procedeele de prelucrare prinachiere conduse numeric;

    5. Testarea fiierelor CNC pe maini unelte.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    19/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    PARTEA A II-A

    CONCEPIA I FABRICAIA DIGITAL A FAMILIEI DE PIESEDE TIPUL BLOCULUI MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU

    AER

    Fig. 4.1 Structura algoritmic a proiectrii tehnologiei de fabricaiea reperului de tipulbloc motor monocilindric

  • 8/21/2019 Haba Sever

    20/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    20

    4. PROIECTAREA CONSTRUCTIV A BLOCULUI MOTORMONOCILINDRIC RCIT CU AER

    4.1 Sistemul software GENgine utilizat n proiectarea constructivi tehnologic a blocului motor monocilindricrcit cu aer

    Elementul central al grupului motopropulsor, i anume blocul motor, reflect realizariletehnologice actuale, dintre proprietile sale intrinseci se remarc: greutate redusobinut prin

    fabricarea lui din aliaje uoare armate cu fibre/pulberi ceramice, nlocuirea cmilor de cilindru

    de font/oel prin depuneri de straturi rezistente la uzur direct pe pereii alezajelor cilindrilor,

    obinerea unor suprafee funcionale de nalt precizie,construcie cu rigiditate mrit, rezisten

    mare la coroziune i costuri de fabricaie minime.

    n vederea creterii continue a performanelor grupului motopropulsor din componena

    autovehiculelor rutiere (autoturisme, autovehicule de teren, motocicluri, etc.) colectivele de

    cercetatori din cele mai diverse locatii din lume efectueaz cercetri i studii n vederea obinerii

    unor raporturi cost/calitate i o putere specific ct mai ridicate. n acest scop sunt dezvoltate

    motoarele de cilindree redus, avnd n dotare sisteme supraalimentare [CON13].

    Cercetrile efectuate urmrescdirecia dezvoltrii tehnologiilor de fabricaie a ansamblului

    bloc motor pe baza tehnologiilor inovative de Rapid Prototyping/Rapid Manufacturing i

    tehnologiilor de prelucrare pe centre cu conducere numeric. Astfel fabricaia propriu-zis este

    precedat de generarea automat a modelelor 3D, a fiierelor de date n format STL i DWG n

    vederea fabricaei digitale directe pentru analiza funcional a reperelor [HAB10] i n final

    proiectarea tehnologiilor CN urmat de fabricaia reperelor.

    Sistemul software complex, conceput de autor i denumit GENgine (Generate ENgine),

    dedicat proiectrii constructive a ansamblului bloc motor/cama de cilindru aferente motoarelor

    monocilindru, precum i de proiectare a tehnologiilor de fabricaie este realizat n deplin

    concordan cu urmtoarele considerente:

    caracteristicile geometrice ale familiei de repere;

    performanele de precizie i proprietileimpuse suprafeelor funcionale;

    specificaiile tehnice ale aliajelor utilizate;

    modul de realizare a ansamblului funcional bloc/cama de cilindru;

    tehnologia de obinere a semifabricatului pentru blocul motor;

    tehnologia de obinere a semifabricatului pentru cmaa de cilindru;

    procedeele tehnologice de prelucare mecanic prin achiere a suprafeelor;

    specificaiile cataloagelor de scule utilizate pe echipamentele CNC.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    21/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    21

    4.2Prezentarea general a sistemului software GENgine

    Sistemul software denumit GENgine este utilizat pentru automatizarea procesului de

    obinere a prototipurilor familiei de repere funcionale din categoria ansamblu bloc motor/camaa

    de cilindru, n vederea elaborrii tehnologiilor CNC de fabricaie (prelucrri mecanice prin

    achiere, asamblri nedemontabile, etc), efectuarea testelor funcionale cu prototipurile realizate

    prin Rapid Prototyping, exportul fiierelor de parametrii ctre mediile de simulare a solicitrilor

    complexe (simulrile prin metoda elementelor finite FEA), generarea automat a documentaiilor

    tehnice.

    In figura 4.3 este prezentata interfaa sistemului software precum i modalitatea de

    accesare a modulelor componente

    Fig. 4.3 Fereastra de start a pachetului software GENgine

    Sistemul software a fost conceput i dezvoltatn mediul de proiectare AutoCAD al firmei

    AutoDESK prin intermediul mediului VisualLISP, a limbajul de programare AutoLISP i amediului OpenDCL pentru interfaa grafic cu utilizatorul.

    n vederea proiectrii constructive a familiilor de piese tip bloc motor i cma de

    cilindru, cu caracteristici funcionale diferite, din punctul de vedere al structurii interne, sistemul

    GENginea fost conceput, din punct de vedere funcional, pe mai multe ramuri distincte, prezentate

    n figura 4.4.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    22/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    Fig. 4.4 Structura intern a sistemului GENgine

    Blocurile funcionale ale pachetului software GENgine sunt realizate utiliznd

    caracteristicile programrii modulare, n vederea gestionrii funciilor apelabile n AutoCAD,

    similar comenzilor interne ale mediului, aflate n interconexiune cu secvenele de cod DCL

    generate n mod automat de mediul OpenDCL.

    4.3 Modulul de generare a modelului blocului motor monocilindric

    rcit cu aer

    n vederea obinerii prototipului blocului motor, pe baza fiierului de date n format

    *.STL (necesar mainilor de Rapid Prototyping), *.DWG, *.EPS (necesar masinilor CNC deprelucrare a polistirenului n vederea obinerii modelului uor fuzibil necesar operaiei de turnare),

    etc., se genereaz n prima faza modelul 3D prin intermediul funciilor grafice 2D/3D disponibile

    n mediul AutoCAD. Prima fereastr a aplicaiei informeaz utilizatorul asupra familiei de repere

    procesate pe baza parametrilor introdui conform datelor de proiectare specifice motoarelor cu

    GENgine

    (AplicaiaPrincipal)

    Modul

    generare 3D

    -cmaa de

    cilindru-

    Modul proiectare

    tehnologie de

    fabricaie

    -cmaa de cilindru-

    Modul generarefiiere comand

    numeric

    Modul generare

    3D

    -bloc motor-

    Modul

    proiectare

    tehnologie de

    fabricaie

    -bloc motor-

    Modul generarefiiere comand

    numeric

    Modul

    realizare

    asamblare

    Modul proiectare

    tehnologie de fabricaie

    -asamblare nedemontabil-

    Modul proiectaretehnologie de fabricaie

    -prelucrri mecanice finale-

  • 8/21/2019 Haba Sever

    23/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    23

    ardere intern, utiliznd tehnologia 3D View mplementata n patru Picture Box uri conform

    urmtoarelor direcii de vizualizare: S-W isometric, Front, Top and Bottom View.

    Fig. 4.6 Fereastra de introducere date Section View [HAB10]

    Fereastra de dialogSection View (prezentat n figura 4.6) permite, pe lng introducerea

    datelor cu caracter geometric, specificarea parametrilor de calitate (abateri i rugoziti).

    Structura intern a sistemului - modul generare entiti 3D:

    1. Blocul de introducere date;2. Blocul de verificare la erori;3. Procesorul grafic.

    n proiectarea procesorului grafic s-au automatizat urmtoarele etape:

    generarea corpului de baza al blocului motor;

    generarea aripioarelor de rcire;

    realizarea ntregului model 3D prin reuniune;

    realizarea alezajelor (loca cma i alezaje prezoane de fixare).

  • 8/21/2019 Haba Sever

    24/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    24

    4.4Modulul de generare a modelului cmii de cilindru

    n componena ansamblului blocului motor al motoarelor cu ardere intern, suprafaa

    interioar a cmaiide cilindru este din punct de vedere funcional zona de culisare a pistonului n

    cursa sa ntre punctul mort inferior i punctul mort superior.

    Din punct de vedere constructiv, cmaa de cilindru se ncadreazn familia de piese de tip

    buce, caracteristicile geometrice specifice (corpuri de revoluie cu axa longitudinal de simetrie)

    sunt definitorii asupra tehnologiilor de obinere a semifabricatului i de prelucrri mecanice prin

    aschiere [MAR82].

    Din studiul particularitilor geometrice ale familiei de piese, respectiv simetria n jurul

    axei OZ, s-a stabilit procedeul optim de generare a modelului 3D prin rotirea unui profil nchis

    (definit de seciunea peretelui piesei dup planul de sectiune OXZ ) n jurul axei principale de

    simetrie (corespunzatoare axei de revolutie), cu un unghi total de revolutie de 360 0 [BUR00].

    Fig. 4.17 Fereastra de introducere a datelor de proiectare [HAB11]

    Din punct de vedere funcional, modulul (a crui interfa cu utilizatorul este prezentat n

    figura 4.17), prezint o structur intern format din patru blocuri interconectate, similar celei

    utilizate la modulul dedicat generrii reperului bloc motor.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    25/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    4.5 Testarea modulului de generare a modelelor 3D

    n vederea testrii modului de funcionare al sistemului software dedicat proiectrii

    constructive a ansamblului bloc motor pentru motoarele cu ardere intern monocilindrice a fost

    efectuat studiul de caz pentru un motor (prototipul virtual 3D al blocului motor asamblat cu cel al

    cmii de cinlindru fiind detaliate n figura 4.23), utilizat pe motocicletele de teren precum si de

    ATV-urile cu motoare n 4 timpi, avnd urmtoarele caracteristici constructive:

    motor monocilindric n 4 timpi rcit cu aer, capacitate cilindric de 80 cm3;

    camaa de cilindru inamovibil;

    ambielaj motor caracterizat de cursa geometric mrita (n vederea dezvoltrii unui cuplu

    motor ridicat obinut n plaja de trutaii joase);

    rcire cu aer (prin intermediul unui set de aripioare).

    Fig. 4.23 Bloc motor - Ansamblu Virtual (modalitatea de centrare pe carter)

  • 8/21/2019 Haba Sever

    26/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    26

    5. VALIDAREA SOLUIEI DE ASAMBLARE UTILIZNDTEHNOLOGIA PROTOTIPURILOR DIGITALE

    5.1 Conceptul de prototip digital

    Cretereaperformaelor echipamentelor de calcul i a aplicaiilor de modelare a obiectelor

    n mediul 3D au condus implicit la apariia termenului de prototip digital, aceast sintagm fiind

    utilizat la definirea ansamblului format din entitile 3D avnd ataate date necesare proiectrii

    tehnologiei de fabricaie.

    Avantajele acestei tehnologii digitale de fabricaie sunt [MAR07]:

    nlturarea necesitii prototipului fizic;

    reducerea costurilor de execuie;

    creterea calitii produsului;

    reducerea perioadei de timp necesare lansrii produsului pe pia; accesarea informaiilor de ctre echipele de proiectani are loc mult mai rapid.

    5.2 Prototipul digital al blocului motor monocilindric rcit cu aer

    Prototipul digital al blocului motor monocilindric, modelat n mediul virtual, prezint

    urmtoarele caracteristici constructive i de exploatare:

    tip motor M.A.S.;

    construcie monocilindric;

    ciclul de funcionare n 4 timpi;

    modalitate de rcire: cu aer prin ventilaie natural;

    mecanism de distribuie: DOHC;

    numr de supape-cilindru: 4 supape (2 admisie i 2 evacuare);

    capacitate cilindric: 80 cm3.

    n figura 5.1 este prezentat prototipul digital al unui grup motopropulsor monocilindric cu

    capacitatea cilindric de 80 cm3, realizat cu ajutotul tehnologiei DMU n mediul de proiectare

    CATIA V5, la realizarea profilelor geometrice complexe a fost utilizat modalitatea de modelare a

    suprafeelor spaiale i a atribuirii ulterioare pe acestea a proprietilor specifice corpurilor(volume i mase).

  • 8/21/2019 Haba Sever

    27/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    27

    Fig. 5.1 Grup motopropulsor asamblat CATIA V5 DMU Mode

    n vederea realizrii prototipului digital complex al ansamblului bloc motor (bloc motor i

    cmaa de cilindru) integrat n sistemul grupului motopropulsor monocilindric, au fost parcurse

    urmtoarele etape de lucru, utiliznd multiplele facilitile ale modulului DMU din componena

    mediului CATIA V5:

    1. Modelarea componentelor grupului motopropulsor2. Stabilirea bazei de asamblare (elementul fix ancorat al ansamblului)3. Asamblarea tuturor componentelor 3D n modul virtual DMU Mode4. Analiza din punct de vedere funcional aprototipului obinutPe baza ansamblului constrns conform cerinelor funcionale se pot utiliza instrumentele

    de verificare i analiz a ansamblului disponibile n meniulAnalyzedin modulMechanical Design

    - Assembly Design. n acest mod se verific cu usurin eventualele erori de proiectare sau de

    asamblare a componentelor, se pot efectua verificrile cu privire la contactul suprafeelor de

    asamblare, distanele de contact, lungimea de contact a asamblrii nedemontabile Bloc motor/Cmaa de cilindru, aezarea corespunztoarea a garniturilor, a elementelor de asamblare, etc. n

    figurile 5.3 i 5.4 sunt prezentate modalitile de control a ansamblului, verificrile sunt uor de

    urmrit de utilizator datorit prezentrii att sub form tabelar ct i prin marcare vizual.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    28/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    28

    6. SIMULAREA CINEMATIC A ANSAMBLULUIBLOC MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU AER

    UTILIZND MEDII DIGITALE

    n urma obinerii prototipului digital, mediile de proiectare avansate pun la dispoziia

    utilizatorului multiple posibiliti de simulare, cum ar fi: simulri cinematice, simulri la solicitri

    mecanice, la vibraii, la solicitri termice, etc. n vederea evitrii construciei unui prototip

    nefuncional, este vital parcurgerea etapei de verificare la colizini a mecanismului motor,

    respectiv verificarea evitrii interferenelor dintre biel i baza cmii de cilindru. Etapele

    necesare realizrii studiului cinematic sunt urmtoarele[GHI09]:

    modelarea componentelor ansamblului;

    realizarea ansamblului (cu ajutorul constrngerilor de asamblare);

    definirea cuplelor cinematice necesare simulrii mecanismului;

    definirea elementului conductor (arborele cotit) i tipul micrii (angle driven);

    simularea prorpiu-zis a mecanismului studiat, prezentat n figura 6.1;

    analiza mecansimului.

    Fig. 6.1 DMU Kinematics Verificare coliziuni intre biela i baza cmii de cilindru

  • 8/21/2019 Haba Sever

    29/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    29

    7. FABRICAIADIGITAL DIRECT A PROTOTIPULUIBLOCULUI MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU AER

    Datorit cerinelor de realizare a produselor industriale n timpi foarte scuri, sunt

    dezvoltate n mod alert tehnologiile de obinere rapid a reperelor finite, utiliznd materiale

    metalice sau compozite, pe baza fiierelor de date 3D generate n diverse medii de proiectare cum

    ar fi: ProEngineer, CATIA, AutoCAD, Solid Works. Reperele astfel obinute pot fi clasificate n

    funcie de destinaia pentru care au fost executate:

    teste funcionale;

    teste de asamblare;

    producia de unicate;

    producia de lentile cu geometrii complexe;

    repere complexe din industria aerospaiala;

    producia de serie mic;

    realizarea de proteze i implanturi medicale;

    turnarea reperelor din mase plastice (matrie de injeie);

    producia de scule (Rapid Tooling);

    repere cu geometrii complexe turnate n forme obinute prin sinterizarea

    amestecurilor de formare;

    repere finite din domeniul mecanicii fine.

    7.1 Fabricaia digital direct a blocului motor monocilindric rcit cu aer dinmaterial metalic

    7.1.1 Fabricarea pieselor utiliznd tehnologia SLS

    Tehnologia Selective Laser Sintering este o tehnologie bazat pe sinterizarea pulberilor

    metalice cu ajutorul unei raze laser focalizate i direcionate prin un sistem de oglinzi. Pulberile

    metalice utilizate sunt formate dintr-un amestec compus din pulberea metalic cu punct ridicat de

    topire (nu este adus n stare lichid de raza laser n punctul de contact) i un compus pulverulent

    cu punct cobort de topire, cu rol de liant.

    n zona de contact a razei laser are loc topirea liantului care fixeaza particulele metalice cu

    punct ridicat de topire, timpul de staionare al razei laser fiind scurt, nu are loc oxidarea

    particulelor metalice, astfelprocesul poate avea loc n aerul atmosferic, nu sunt necesare camere

    cu medii formate din gaze inerte [BER00].

  • 8/21/2019 Haba Sever

    30/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    30

    7.1.2 Fabricarea pieselor utiliznd tehnologia SLM

    Tehnologia Selective Laser Melting este o tehnologie bazat pe topirea pulberilor metalice

    cu ajutorul unei raze laser, focalizat i direcionat printr-un un sistem de oglinzi, piesa finit nu

    necesit operaii de infiltrare sau recoaceri, compoziia piesei fiind astfel strict controlat. De

    asemenea pulberile utilizate sunt compuse doar din aliajul metalic de baz, nu necesit i un

    material cu rol de liant.

    7.1.3 Fabricarea blocului motor monocilindric rcit cu aer utiliznd tehnologia SLM

    n vederea obinerii reperului finit (prezentat n figura 7.9), conform modelului 3D, a fost

    utilizat o main avnd principiul de functionare Selective LASER Melting (topire selectiv cu

    LASER ul), tip SLM 250, fabricat de firma SLM Solution GmbH din Germania, existent n

    dotarea Departamentului de Ingineria Fabricaiei din cadrul Universitii Transilvaniadin Braov.

    Principalele caracteristici tehnice ale mainii SLM 250 sunt[SLM12]:

    - dimensiunile camerei de lucru: 250x250x350 [mm];

    - puterea LASER -ului: 200 [W];

    - grosimea layerului de pulbere depus: 20 75 [m];

    - grosimea minim a nervurilor (pereilor subiri) realizate: 140 [m];

    - lungimea de und a LASER -ului: 60 200 [m];

    - viteza de scanare: 20 [m/s];

    - medii inerte utilizate: - Ar (pentru lucrul cu aliaje ale Ti);

    - N2 (pentru lucrul cu celelalte aliaje).

    Fig. 7.9 Reper de tipul bloc motor obinut prin tehnologia SLM

  • 8/21/2019 Haba Sever

    31/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    31

    7.2 Fabricarea reperelor de tipul cma de cilindru i blocmotor monocilindricrcit cu aer utiliznd tehnologii de Rapid Prototyping

    n vederea testrii corectitudinii funcionrii modulului din cadrul pachetului software

    GENginededicat generrii datelor necesare fabricaiei rapide a familiei de repere bloc motor, cu

    ajutorul unui echipament de printare 3D, au fost obinute reperele la scara 1:2 pentru un bloc

    motor monocilindru i cmaa de cilindru aferent, utiliznd un echipamente de tipul printer 3D

    cu depunere de straturi din materiale termoplastice.

    n scopul prototiprii rapide a ansamblului bloc motor monocilindric, au fost generate

    automat, cu ajutorul pachetului software mai sus menionat, urmtoarele fiiere de date:

    bloc motor format STL (dimensiune 4.6 Mb, factor de scalare 0.5);

    cmaa de cilindru format STL (dimensiune 261 Kb, factor de scalare 0.5).

    Reperele astfel realizate, prezentate n figurile 7.16 i 7.17, s-au dovedit a avea o

    importan deosebit n decursul activitii de proiectare a tehnologiei de fabricaie pentru

    producia de serie i de mas a acestor familii de piese.

    Fig. 7.16 Setul de piese Material ABS gri

    Fig. 7.17 Reperul bloc motor scara 1:2

  • 8/21/2019 Haba Sever

    32/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    32

    8. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE FABRICAIE ABLOCULUI MOTOR MONOCILINDRIC RCIT CU AER

    8.1 Rolul funcional i metoda de asamblare a blocului motor monocilindric rcitcu aer cu cmaa de cilindru

    Blocul motor, din punct de vedere funcional, reprezint nucleul motoarelor cu ardere

    intern (motoare cu aprindere prin scnteie m.a.s., motoare cu aprindere prin comprimare

    m.a.c.) utilizate n compunerea ansamblului motopropulsor al autovehiculelor rutiere precum i al

    autovehiculelor speciale.

    Din punctul de vedere al traiectoriei pistonului, n construcia actual se utilizeaza dou

    principii generale de funcionare [ ENC11]:

    1. motoare cu micare liniar a pistonului (m.a.s. i m.a.c.);

    2. motoare cu micare rotativ a pistonului (m.a.s. i m.a.c.);Indiferent de tipul de micare al pistonului, suprafaa de ghidare a sa n timpul micrii este

    supus la puternice solicitri din punct de vedere mecanic i termic.

    O alt clasificare a familiei de repere bloc motor este din punct de vedere al materialului

    utilizat la realizarea suprafeei de ghidare a pistonului (denumit uzual i oglinda cilindrului):

    cilindrii prelucrai direct n materialul blocului;

    cmi de cilindru asamblate cublocul motor (ambele din aliaje feroase);

    cilindrii prelucrai n materialul blocului (aliaje usoare) i acoperii prin depuneri de aliaje

    cu proprieti de mare rezisten mecanic n zona de contact cu exteriorul pistonului;

    cilindrii din materiale diferite de cele ale blocului motor (bloc din aliaje uoare i cmaa

    de cilindru din aliaje ale fontei): asamblare prin turnare

    asamblare prin fretare [MAR82].

    n construcia motoarelor monocilindrice se utilizeaz n general soluia constructiv de

    realizare a blocului motor din aliaje uoare (pe baza de Al n aliere cu Mn, Mg, Si) i a cmii de

    cilindru neamovibil (nedemontabil), cu urmtoarele particulariti ale soluiei de asamblare:

    1. Asamblare prin turnare: asigur contactul extrem de rigid ntre cele dou elemente

    constructive dar are marele neajuns din punct de vedere al costului de fabricaie ridicat, deoarece

    implic procedee de turnare ale aliajului usor al blocului n forme care nglobeaz cmaa de

    font;

    2. Asamblare prin fretare: costul de fabricaie sczut, asigur o bun rigidizare a

    ansamblului, ca factor negativ se remarctensiunile remanente induse n ansamblul bloc/cma.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    33/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    33

    Conform [ARC11] fretarea este definit ca fiind asamblarea prin contact strns a dou

    piese care urmeazsfacun corp comun.

    n cazul blocului motor utilizat la motoarele monocilindrice n 4 timpi rcite cu aer,

    procedeul de asamblare cel mai utilizat a blocului cu cmaa de cilindru este fretarea, cu realizarea

    unei diferene de temperatur (nclzirea blocului motor), suficient de mare (180

    200

    C), astfelnct n urma asamblarii, la revenirea la temperatura mediului ambiant, s se realizeze o mbinare

    extrem de rigid, nedemontabil, care s i pstreze proprietile n condiiile de temperaturi

    ridicate induse n pereii blocului motor de procesul de ardere a amestecului carburant din camera

    de ardere.

    Soluia constructiv studiat, respectiv blocul motor monocilindric, se mai cunoate n

    literatura de specialitate sub denumirea de blocul cilindrului (rigidizat prin intermediul carterului

    arborelui cotit).

    n vederea efecturii unei mbinri corespunztoare este necesar realizarea unui ajustaj custrngere ntre peretele interior al piesei cuprinzatoare (bloc) i peretele exterior al piesei cuprinse

    (cmaa), ajustajul realizat fiind de tipul cu strngeri mari, H6/s5 - H7/s6 - H7/t6 - H8/s7

    [DRA80].

    Datorit asamblrii fretate, contactul realizat la jonciunea bloc/cma este influenat n

    mod direct de microprofilul suprafeelor aflate n contact, respectiv o valoare pentru Ra deordinul

    a 6.3 3.2 m fiind recomandat (Ra fiind definit ca abaterea medie aritmetic a rugozitii)

    [POT06].

    Asamblarea prin realizarea diferenei de temperatur ntre cele dou repere asigurmontarea lor fr a distruge microprofilul suprafeelor de contact, asamblarea astfel realizat fiind

    din categoria celor nedemontabile.

    n vederea proiectarii tehnologiilor de fabricare a familiei de repere bloc motor /camaa de

    cilindru, pachetul software GENgine, complementar aplicaiilor dedicate generrii modelelor 3D,

    coninecomponente, dezvoltate de autor, dedicate urmtoarelor procese:

    A)Pentru blocul motor

    stabilirea variantei tehnologice;

    calcularea pentru fiecare operaie/faz de prelucrare:

    adaosurile de prelucrare;

    dimensiuni intermediare;

    regim de achiere;

    puterea necesarachierii, respectiv rugozitile obinute la finisare;

    timpul efectiv de prelucrare;

  • 8/21/2019 Haba Sever

    34/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    34

    B) Pentru cmaa de cilindru:

    stabilirea variantei tehnologice;

    calculareapentru fiecare faz/operaie de prelucrare:

    adaosurile de prelucrare;

    dimensiuni intermediare;

    regim de achiere;

    puterea necesarachierii, respectiv rugozitile obinute la finisare;

    timpul efectiv de prelucrare;

    C) Pentru ansamblul bloc motor-cmaa de cilindru:

    Tehnologia procesului final de asamblare a blocului motor cu cmaa de cilindru.

    calculul parametrilor procesului de asamblare prin fretare: strngerea

    necesar, jocul de montare la cald i temperatura de nclzire a blocului

    motor.

    Calculul parametrilor tehnologici i constructivi aiultimei operaii, cea de honuire:

    parametrii honuirii de degroare;

    parametrii honuirii de finisare.

    Aplicatia GENgineeste utilizabil n toate cele trei tipuri de producie ntlnitn construcia

    de maini, clasificatede dup cum urmeaz[GRA00]:

    producia individual sau de unicate;

    producia de serie;

    producia de mas.

    8.2 Proiectarea tehnologiei de fabricaie a reperului cmaa de cilindru

    8.2.1 Obinerea semifabricatuluipentru reperul cmaa de cilindru

    Familia de repere de tipul cama de cilindru se ncadreaz n categoria pieselor de tip

    buc[MAR82]. Din punct de vedere al geometriei seciunii, acceast familie de piese este de

    tipul corpurilor de revoluie. n vederea stabilirii tehnologiei de obinere a semifabricatului estenecesar s se studieze caracteristicile geometrice specifice, impuse de rolul funcional al acestei

    familii de repere, caracteriestici evideniate n desenul de executie prezentat n figura 8.1.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    35/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    Fig.8.1 Desen de execuie cmaa de cilindru de capacitate 80cm3

    (cmpuri de afiare a datelor)

    Semifabricatul pentru cmaa de cilindru inamovibil prezint urmtoarele caractere

    specifice familiei de repere [MAR82]:

    semifabricat obinut prin turnare centrifugal;

    corp de revoluie cu grosimea peretilor > 1.5 mm;

    precizia de execuie a semifabricatului [0.10.15] mm;

    rugozitatea medie;

    materialele utilizate: aliaje fier carbon (fonte aliate cu Cr-Mo);

    tip producie: de serie i de mas;

    trecere rapidde la un semifabricat la altul.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    36/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    36

    8.2.2 Proprieti fizico-chimice ale aliajului utilizat

    Din punct de vedere chimic, fontele industriale au un continut de 2.5 4 % C, au aceea i

    mas metalica cu oelurile, pentru construcia reperelor din industria auto (n special elementele

    din construcia ansamblului motor cum ar fi: bloc motor, cmi de cilindru, arbori cotii, etc), se

    remarc o serie de avantaje[SUC08]:

    sunt mai ieftine dect oelurile;

    proprieti bune de turnare;

    temperatura de topire mai redus dect a oelurilor;

    fluiditate bun;

    contracie redus la solidificarea n formele de turnare;

    amortizeaz vibraiile mecanice (datorit grafitului din compoziie);

    bun rezisten la ocurile termice (optim pentru construcia zonei de lucru a

    motoarelor cu ardere intern);

    rezisten ridicat la uzura mecanic (grafitul din compoziie are i rol de

    lubrifiant);

    rezisten bun la coroziune chimic;

    prelucrabilitate bun la prelucrarea prin achiere.

    Din punct de vedere al creterii proprietilor de formare i de reinere a peliculelor de

    lubrifiani, deosebit de important n condiiile de lucru ale cmilor de cilindrii, procedeul final

    de honuire contribuie la reducerea frecrilor uscate prin realizarea pe suprafaa oglinzii de cilindru

    a microprofilului format din anuri elicoidale ncruciate la un unghi de maxim 600.

    8.2.4 Tehnologia de prelucrare a reperului cmaa de cilindru

    Din punct de vedere al tehnologiei de fabricare a reperului finit, dup obinerea

    semifabricatului i aplicarea tratamentului termic stabilit, prelucrrilefac parte din categoria celor

    cu ndeprtare de material controlat, respectiv prelucri prin achiere (strunjiri urmate de

    honuirea final):

    degrosri; finisri;

    asamblarea cu blocul motor (asamblare nedemontabil fretare);

    operaia final de honuire (n vederea obinerii microgeometriei suprafeei de culisare a

    pistonului).

  • 8/21/2019 Haba Sever

    37/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    37

    n vederea reducerii la maximum a erorilor de bazare, n proiectarea tehnologiei de

    prelucrare prin achiere au fost utilizate un numr limitat de prinderi, respectiv dou prinderi a

    semifabricatului:

    1. prindere n dispozitiv cu contact pe suprafaa exterioar a semifabricatului(contact n 3 zone de

    contact universal cu bacuri);2. prindere n dispozitiv cu contact pe suprafa a interioar a semifabricatului(contact pe suprafaa

    interioar dispozitiv de tipul cu buc-dorn elastic);

    S-au parcurs urmtoarele etape de proiectare tehnologic[VLA83]:

    calculul adaosurilor de prelucrare intermediare;

    calculul adaosurilor de prelucrare totale;

    stabilirea numrului de treceri= i;

    calculul adncimii de achiere = t [mm];

    calculul avansului de achiere = s [mm/rot];

    stabilirea vitezei de achiere = v[m/min];

    calculul turaiei semifabricatului = n [rot/min];

    calculul vitezei de avans = vs [mm/min];

    calculul timpului de baz= Tb[min];

    calculul puterii necesare a motorului electric = P [Kw];

    restricia impus de rugozitatea obinut (la finisri);

    verificarea rigiditii sculei port-plcu (la degrori);

    verificarea la rezisten a plcuei achietoare.

    n figura 8.5 este prezentatprima pagina afiat de software-ul GENgine, corespunzatoare

    prelucrrilor mecanice prin achiere (strunjire pe maini cu conducere numeric) a cmii de

    cilindru, semifabricatul fiind fixatpe suprafaa exterioar n vederea rulrii ciclurilor de strunjire

    interioar i frontal (zona gulerului superior).

    Prelucrrile de degroarede degroare i de finisare se realizeazpe strunguri CNC, alese

    pe categorii de putere necesar conform cerinelorimpuse.

    n vederea controlului preciziei geometriei reperului cmaa de cilindru, nainte de

    asamblarea final cu blocul motor, este utilizat un echipament de msurare n coordonate CMM

  • 8/21/2019 Haba Sever

    38/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    38

    (Coordinate Measuring Machine), aceste echipamente sunt perfect adaptate utilizrii lor n

    msurarea reperelor din industria de autovehicule.

    Fig. 8.5 Pagina 1 strunjire interioar de degroare

    n vederea verificrii geometriei reperului, echipamentul CMM colecteaz coordonatele

    punctelor de contact, ale palpatorului sferic din rubin, cu suprafaa piesei. Pentru controlul

    dimensiunilor i a erorilor geometrice (perpendicularitate, circularitate, cilindricitate,

    concentricitate, impuse pe desenul de execuie) se execut o scanare continu a suprafeelor piesei,

    datele de poziie spaial ale punctelor de contact sunt prelucrate de unitatea central a

    echipamentului CMM i sunt comparate cu fiierulsurs importat din mediile de proiectare (ProE,

    CATIA) [BOR08].

  • 8/21/2019 Haba Sever

    39/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    39

    8.3 Proiectarea tehnologiei de fabricaie a reperului bloc motormonocilindricrcit cu aer

    8.3.1 Obinere a semifabricatului pentru reperulbloc motor monocilindric rcit cu aer

    Familia de repere bloc motor se ncadreaza n categoria pieselor de tip carcas, clasificate

    dup geometrie n categoria de repere cu detalii geometrice complexe (aripioarele de rcire sunt de

    tipul plci cu perei subiri, deoarece grosimea este n domeniul de valori 2 3 mm) [MAR82].

    Din cadrul diverselor procedee de turnare, n cazul blocului motor se adopt procedeul de

    turnare sub presiune n forme permanente reci cold chamber die casting process, prezentat

    schematic n figura 8.10, procedeu care prezinturmtoarele avantaje [ASI13]:

    cost sczut de fabricaie a semifabricatului;

    se pot realiza repere cu caracteristici geometrice complexe;

    calitatea suprafeelor obinute este foarte bun;

    precizie dimensional ridicat;

    prelucrrile mecanice ulterioare turnrii sunt minime.

    8.3.2 Materialul utilizat pentru blocul motor monocilindric rcit cu aer

    n construcia motoarelor pentru autovehicule se remarc tendina de confecionare a

    reperelor din aliaje cu greutate specific redus, cum ar fi: aliaje ale aluminiului, aliaje pe baz de

    magneziu, materiale compozite de nalta rezisten, ceramici, materiale plastice injectate, fibre de

    carbon, etc.

    n exectarea blocului motor studiat a fost stabilit compoziia aliajului uor pe baz de

    aluminiu, dup cum urmeaz:AlMg2Mn0.8;

    Principalele proprieti ale aliajelor pe baza de Aluminiu sunt:

    rezisten bun la coroziunea agenilor chimici;

    rezisten mecanica bun;

    transfer termic ridicat (capacitate ridicat de transfer al cldurii din zonele critice cum ar fi

    zonele camerelor de ardere ale motoarelor cu ardere intern);

    greutate specific redus;

    proprieti bune de turnare;

    temperatura de topire mai redus dect a aliajelor feroase;

    proprieti bune la prelucrare.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    40/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    40

    Din punct de vedere al compoziiei aliajului utilizat, se remarc existena urmtoarelor

    componente:

    AlMg2Mn0.8 => Cu 0% Mg 2% Si0% Mn0.8% Zn0%

    Conform clasificrilor internaionale, aliajul utilizat este codificat astfel:

    AlMg2Mn0.8 (DIN/Germany) 5049 (Alloy international) AM21(Otto-Fuchs) [OTT10];Din punct de vedere mecanic, conform catalogului de clasificare Otto-Fuchs [OTT10],

    materialul are urmtoarele proprieti:

    rezistena la rupere Rm=175 255 N/mm2;

    rezistena admisibila sau Limita de curgere Rp02=80 175 N/mm2;

    alungirea la rupere A5=4 17 % ;

    excelent rezisten la coroziune;

    sudabilitate bun;

    turnabilitate bun;Conform catalogului de clasificri Dormer [COR11], urmtoarele caracteristici sunt

    importante din punctul de vedere al prelucrilor mecanice prin care trebuie s treaca

    semifabricatul:

    duritate

  • 8/21/2019 Haba Sever

    41/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    41

    burghiere pe lungime mare (cele 4 locae pentru prezoanele de fixare);

    asamblarea (introducerea reperului cma de cilindru n locaul prevzut n centrul

    blocului motor, prin intermediul unui procedeu de asamblare nedemontabil).

    n vederea reducerii la maximum a erorilor de bazare, in proiectarea tehnologiei de

    prelucrare prin aschiere au fost utilizate un numar limitat de prinderi, respectiv trei modalitati deprindere a semifabricatului:

    1. prindere n dispozitiv cu contact pe suprafaa interioar a semifabricatului (contact pesuprafaa interioar dispozitiv cu buce elastice), n vederea derulrii fazelor prevzute

    pentru parte inferioar a reperului;

    2. prindere n dispozitiv cu contact pe suprafaa interioar a semifabricatului (contact pe

    suprafaa interioar dispozitiv cu buce elastice), n vederea derulrii fazelor prevzute

    pentru parte superioar a reperului;

    3.

    prindere n dispozitiv cu contact pe suprafaa superioar plan a semifabricatului(contact pe suprafaa plan dispozitiv de tip plac), n vederea derulrii fazelor prevzute

    pentru parte interioar a reperului.

    n figura 8.13 este prezentat fereastradin sistemul software GENginededicat calculului

    parametrilor de achiere la frezarea plan a suprafeei de la baza blocului motor, avnd rolul

    funcional de etanare pe carterul motorului prin intermediul unei garnituri.

    Fig. 8.13 Fereastra GENginededicat calculului parametrilor de achiere la frezare.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    42/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    42

    8.4 Tehnologia de asamblare i finisare aansambluluibloc motor/cmade cilindru

    n concordan cu cerinele funcionale, blocul motor mpreun cu cmaa de cilindru

    formeaz ansamblul bloc motor (n domeniul motoarelor monocilindrice fiind cunoscut i sub

    denumirea de blocul cilindrului), ansamblu care presupune o serie de etape tehnologice specifice,dup cumurmeaz:

    realizarea ansamblului funcional;

    prelucrarea final a suprafeei interioare (cunoscut n tehnic i sub denumirea de

    oglinda cilindrului);

    C.T.C. final.

    8.4.1 Asamblarea blocului motor cu camaa de cilindru

    Montarea cmii de cilindru n locaul corespunztor din blocul motor se realizeaz prinfretare, n vederea meninerii intacte a microprofilului suprafeelor ce urmeaz a fi aduse n

    contact, se utilizeaz procedeul de asamblare n condiiile de existen a unei diferene de

    temperatur ntre cele dou componente ale ajustajului cu strngere, astfel nct prin fenomene de

    dilataie sau de contracie termic se anuleaz strngerile iniiale, urmnd ca ulterior montajului, la

    egalizarea temperaturii celor dou componente ale ansamblului, se revine la strngerea iniial.

    De asemenea n urma fretrii, cu realizarea diferenei de temperatur ntre componentele

    ansamblului, se reduce considerabil efortul de montare axial (respectiv fora necesar presrii

    cmii n blocul motor) [JUL11].n vedere stabilirii procedeului de realizare a diferentei de temperatur, au fost st udiate

    dou soluii tehnologice, utiliznd coeficienii statistici de dilatare termic liniar, respectiv de

    contracie termic liniar [PAI80] precum i a pachetului software GENgine, au rezultat

    urmtoarele dou situaii:

    1.subrcirea cmii de cilindru: temperatura de subrcire calculat este de

    aproximativ -161 C, reperul fiind unul cu geometrie simpl (din categoria corpurilor de

    revoluie), n scopul efectrii calculului a fost posibil utilizarea relaiei lineare[JUL11]:

    = +

    10 (8.2)

    2.nclzirea blocului motor: temperatura de nclzire (determinat cu ajutorul modulului dedicat sl

    pachetului software GENgine) este de +287 C (aceptabil din punct de vedere al faptului c este

    cu mult sub temperaturile de ncepere a fenomenelor de modificare structural ale aliajelor de Al).

  • 8/21/2019 Haba Sever

    43/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    43

    n urma unui studiu din punct de vedere al costurilor de fabricaie s -a adoptat soluia de

    nclzirea blocului motor, astfel se asigur un cost minim de execuie al ansamblului bloc motor,

    acest lucru fiind factorul decisiv n conditiile impuse de piaa auto internaional.

    Calculul temperaturii de ncalzire a blocului motor s-a efectuat din considerentul de

    realizare a unui ajustaj cu jocuri mari (H7/c8) n momentul asamblarii [DRA80], astfel foreleaxiale de montaj se reduc la minimum.

    Deoarece determinarea dilatrii termice este exprimat prin funcii adaptate corpurilor cu

    geometrii simple, de tipul butuc/buc, n cazul determinrii temperaturii de nclzire pentru

    realizarea dilatrii necesare n cazul blocului motor, acesta fiind un corp cu geometrie complex, a

    fost dezvoltat a metod de interpolare a datelor generate in mediul CATIA (utiliznd un

    ansamblu bloc motor/dispozitiv de fixare), n vederea determinrii temperaturii necesare prin

    procedee de interpolare grafic.

    Fora de presare necesar la demontarea asamblrii P, exprim rezistena ajustajului custrngere dintre bloc i cmaa de cilindru, n sens axial, aceaasta depinde de mrimea suprafeei

    de asamblare a pieselor (prin dimensiunea D-diametru i l-lungimea de contact), de presiunea de

    contact p i de coeficientul de frecare i are expresia [BUZ83]:

    = (8.7)

    Aceast for are rolul de a se opune tendinei cmii de cilindru de a se deplasa sub

    aciunea rezultantei forei de frecare umede dintre ansamblul piston i suprafaa cilindrului.

    Stabilitatea mecanic a ansamblului bloc motor monocilindric / cmaa de cilindru este asigurat

    prin intermediul ansamblului bloc motor chiulas (asamblare fretat) i suplimentar dedistribuia presiunii de contact din zona gulerului cmii de cilindru. n acest fel se asigur o

    comportare corespunztoare a ajustajului bloc motor / cmaa de cilindru sub aciunea forei

    oscilante rezultante la funcionarea grupului motopropulsor.

    n vederea determinrii valorii forei P, n cazul corpurilor cu geometrii complexe (caz n

    care metodele de calcul pentru corpuri cu geometrii simple nu mai pot fi aplicate) , a fost utilizat

    analiza cu elemente finite n mediul CATIA V5 - Analysis&Simulation.

    Cu privire la aplicarea solicitrilor asupra modelului 3D metoda de lucru a constat n

    aplicarea unei solicitri de tipul Enforced Displacement, deplasare forat a pereilor

    locaului de montarea cmii de cilindru cu o deplasare egal cu jumtatea strngeriiminime

    a asamblrii fretate.Aceast deplasare a indus n masa piesei apariia rspunsuluila deformare,

    sub forma presiunii de contact, distribuitpe toat suprafaa comun a asamblrii. Modelul

    supus la aceast solicitare i modul de vizualizare al strucutrii deformate rezultate, asigurat de

    mediul CATIA V5, este prezentat n figura 8.17.

  • 8/21/2019 Haba Sever

    44/65

    Fabricaia digital a blocului motormonocilindric

    44

    Fig. 8.17 Structura solicitat la strngere

    Un alt parametrul dificil de stabilit este temperatura de montaj, deoarece trebuie calculatdilatarea termicpentru un corp complex, respectiv ansamblul compus din blocul motor din aliaje

    usoare (5049 alloy) i dispozitivul de fixare realizat din oel. Cele dou componente, pe lnga

    faptul ca au geometrii complexe, sunt realizate din materiale cu coeficieni de dilatare termic

    diferii.

    Dilatarea termica corpuril